(57)【要約】      （修正有）【課題】インゴットから切り屑なしに薄い基板を得ること。【解決手段】柱状インゴット１の側面に側方からレーザ光１０を照射することにより胴巻き状に切り欠き９を形成し、この切り欠き９に沿ってインゴット１の長手方向からレーザ光４の集光点を合わせることによりインゴット１の切り欠き９から内部に向かって多光子吸収による加工面領域を形成し、この加工面領域を剥離面としてインゴット１の一部を剥離し基板を得ることよりなる基板の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状インゴットの側面に胴巻き状に切り欠きを形成し、この切り欠きに沿ってインゴットの長手方向からレーザ光の集光点を合わせることによりインゴットの切り欠きから内部に向かって多光子吸収による加工面領域を形成し、この加工面領域を剥離面としてインゴットの一部を剥離し基板を得ることよりなる基板の製造方法。
【請求項２】
多光子吸収による加工面領域を形成するに際して、レーザ光としてパルスレーザ光を用い、かつそのパルス幅を１μｓ以下とする請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項３】
インゴットがシリコンであり、多光子吸収による加工面領域を形成するに際して、レーザ光の波長を８００ｎｍ以上とする請求項１または２に記載の基板の製造方法。
【請求項４】
インゴットの側面に胴巻き状に切り欠きを形成するに際して、インゴットの側方からレーザ光を照射する請求項１〜３のいずれか一つに記載の基板の製造方法。
【請求項５】
切り欠きの深さを１〜１００μmとしてなる請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板の製造方法。
【請求項６】
多光子吸収による加工面領域を、インゴットの劈開面の一つに沿って形成する請求項１〜５のいずれか一つに記載の基板の製造方法。
【請求項７】
インゴットの一部を剥離するに際して、インゴットの一部を吸着し、インゴットの他部から強制的に引き離す請求項１〜６のいずれか一つに記載の基板の製造方法。
【請求項８】
柱状インゴットを保持するためのインゴット保持部と、
インゴットの側面に側方からレーザ光を照射するための第１レーザ光照射部と、
インゴットの長手方向からレーザ光を集光して照射するための第２レーザ光照射部と、
インゴットの側面に第１レーザ光照射部により側方からレーザ光を照射し、インゴットの側面に胴巻き状に切り欠きを形成し、この切り欠きに沿って第２レーザ光照射部によりインゴットの長手方向からレーザ光の集光点を合わせてインゴットの切り欠きから内部に向かって多光子吸収による加工面領域を形成すべく、インゴット保持部、第１レーザ光照射部および第２レーザ光照射部を相対的に移動させ、インゴットに対して各レーザ光を掃引させるための掃引手段と、
前記加工面領域を剥離面としてインゴットの一部を剥離し基板を得るための剥離手段と
を備えた基板の製造装置。
【請求項９】
掃引手段が、円柱状インゴットをその長手方向軸の周りに回動させ、かつ長手方向軸に平行に断続移動させるべく、インゴット保持部を回動させ、かつその回動軸に平行に断続移動させるための第１移動手段と、インゴットをその長手方向軸に向心および背向方向に移動させるべく、第２レーザ光照射部をインゴット保持部の回動中心軸に向心および背向方向に移動させるための第２移動手段とからなる請求項８に記載の基板の製造装置。
【請求項１０】
掃引手段が、円柱状インゴットをその長手方向軸の周りに回動させ、インゴットの長手方向軸に平行に断続移動させ、かつ第２レーザ光照射部に対してインゴット保持部の回動中心軸を向心および背向方向に移動させるべく、インゴット保持部を回動させ、その回動軸に平行に断続移動させ、かつ第２レーザ光照射部に対してインゴット保持部の回動中心軸を向心および背向方向に移動させるための第３移動手段からなる請求項８に記載の基板の製造装置。
【請求項１１】
剥離手段が、インゴットの一部を、減圧または真空による吸着によりインゴットの他部から強制的に引き離すための吸着手段である請求項８〜１０のいずれか一つに記載の基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の製造方法およびその装置に関し、さらに詳しくは、柱状インゴットの側面に側方からレーザ光を照射することにより胴巻き状に切り欠きを形成し、この切り欠きに沿ってインゴットの一部を剥離し基板を得ることよりなる基板の製造方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インゴットから基板を製造する方法としては、例えば半導体デバイスの製造に用いられるウエハを、ＳｉやＧａＡｓ等の結晶からなる円柱状又は角柱状のインゴットから切断する加工が挙げられる。このようなインゴットからのウエハ切断方法には、ダイヤモンドブレードソーやワイヤーソー等によってインゴットを物理的に切削加工する方法がある。ダイヤモンドブレードソーでは、1枚切りのため時間がかかり、現在では、ワイヤーソーが複数同時に使って、インゴットから複数のウエハを切断できるため、主流になっている。
【０００３】
しかしながら、この切削加工による方法では、１００μｍ以下の薄いウエハを得ることが困難で，かつ、加工時の取り代の無駄も多い。
このため、インゴットの無駄をできるだけ少なくするために、紫外線のエキシマレーザ光を連続発振するエキシマレーザ装置と、エキシマレーザ光を結晶インゴット表面に集光照射する集光光学系とを備え、結晶インゴットを長手方向と垂直に切断する結晶インゴット切断装置が知られている。
【０００４】
この結晶インゴット切断装置は、連続発振したエキシマレーザ光を、結晶インゴット表面に集光照射することにより、局所的に温度上昇を起こさせ、熱応力による割断をおこし、それによって結晶インゴットを長手方向と垂直に切断して基板を作成している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１８４７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記公報にて提案されている切断方法では、結晶が雲母等のように劈開性が高い場合には、容易に面で切断できるが、シリコン等では劈開性が低く、面で切断することは困難である。
このような課題に鑑み、本発明は、結晶インゴットから切り屑なしに薄い基板を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、柱状インゴットの側面に胴巻き状に切り欠きを形成し、この切り欠きに沿ってインゴットの長手方向からレーザ光の集光点を合わせることによりインゴットの切り欠きから内部に向かって多光子吸収による加工面領域を形成し、この加工面領域を剥離面としてインゴットの一部を剥離し基板を得ることよりなる基板の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、まず柱状インゴットの側面に切り欠きを形成し、次いでこの切り欠きに沿って、インゴットの長手方向からレーザ光の集光点を合わせることにより、インゴットの切り欠きから内部に向かって多光子吸収による加工面領域を形成し、この加工面領域を剥離面としてインゴットの一部を剥離するので、劈開性が低いインゴットからでも容易に切り屑なしに薄い基板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る基板の製造方法においては、まず、柱状インゴットの側面に胴巻き状に切り欠きを形成する。
ここで、柱状インゴットとしては、シリコン（Ｓｉ），ＧａＡｓなどの単結晶または多結晶のインゴットが対象となる。そして、この柱状インゴットの側面に胴巻き状に（必ずしも全周である必要はない）切り欠きを形成する。
【０００９】
この切り欠きは、インゴットの側方からレーザ光を照射することにより形成できるが、インゴットの劈開面［例えば、シリコンの（１００）面、（１１１）面、（１１０）面など］に沿うのが好ましい。さらに、この柱状インゴット側面の切り欠きは、ダイシング装置を用いても形成できる。
【００１０】
レーザ光としては、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどを用いることができる。切り欠き（切り欠き溝）の深さは、１〜１００μｍに形成され、好ましくは１〜５０μｍに形成される。
本発明においては、さらに、上記切り欠きに沿って柱状インゴットの長手方向からレーザ光の集光点を合わせることによりインゴットの切り欠きから内部に向かって多光子吸収による加工面領域を形成する。
【００１１】
すなわち、インゴットは、レーザ光の集光点で多光子吸収によって局所的に加熱され、この加熱によりインゴット１の内部に加工面領域（加工領域）が形成される。この多光子吸収による加工面領域（加工領域）の形成により、シリコン結合を切断しやすくなり、予めインゴットに切り欠きをいれておくことにより、剥離のための方向制御ができ、好適に剥離が行なわれ、容易に基板を得ることが可能となるわけである。
【００１２】
ここで用いられるレーザ光としては、ＹＡＧレーザなどを用いることができるが、特にそれらのパルスレーザ光を用い、かつそのパルス幅を１μｓ以下とするのが好ましい。これらのレーザ光を柱状インゴットの側方からではなく長手方向から集光して照射し、インゴットの切り欠きから内部に向かって多光子吸収による加工面領域（加工領域）を形成する。  例えば、インゴットがシリコンの場合、レーザ光の波長を８００ｎｍ以上とするのが好ましい。
【００１３】
本発明においては、この加工面領域を剥離面としてインゴットの一部を剥離し基板を得る。
ここで、インゴットの一部を剥離するに際しては、インゴットの一部を、減圧または真空による吸着によりインゴットの他部から強制的に引き離すのが好ましく、そのほか静電チャック、ベルヌーイ法などを用いることができる。
【００１４】
本発明は、別の観点によれば、柱状インゴットを保持するためのインゴット保持部と、インゴットの側面に側方からレーザ光を照射するための第１レーザ光照射部と、インゴットの長手方向からレーザ光を集光して照射するための第２レーザ光照射部と、インゴットの側面に第１レーザ光照射部により側方からレーザ光を照射し、インゴットの側面に胴巻き状に切り欠きを形成し、この切り欠きに沿って第２レーザ光照射部によりインゴットの長手方向からレーザ光の集光点を合わせてインゴットの切り欠きから内部に向かって多光子吸収による加工面領域を形成すべく、インゴット保持部、第１レーザ光照射部および第２レーザ光照射部を相対的に移動させ、インゴットに対して各レーザ光を掃引させるための掃引手段と、前記加工面領域を剥離面としてインゴットの一部を剥離し基板を得るための剥離手段とを備えた基板の製造装置を提供できる。
【００１５】
ここで、掃引手段は、円柱状インゴットをその長手方向軸の周りに回動させ、かつ長手方向軸に平行に断続移動させるべく、インゴット保持部を回動させ、かつその回動軸に平行に断続移動させるための第１移動手段と、インゴットをその長手方向軸に向心および背向方向に移動させるべく、第２レーザ光照射部をインゴット保持部の回動中心軸に向心および背向方向に移動させるための第２移動手段とからなると、インゴット保持部、第１レーザ光照射部および第２レーザ光照射部の相対的な移動が単純化され、インゴットに対して各レーザ光を容易に掃引できるので好ましい。
【００１６】
さらに、掃引手段が、円柱状インゴットをその長手方向軸の周りに回動させ、インゴットの長手方向軸に平行に断続移動させ、かつ第２レーザ光照射部に対してインゴット保持部の回動中心軸を向心および背向方向に移動させるべく、インゴット保持部を回動させ、その回動軸に平行に断続移動させ、かつ第２レーザ光照射部に対してインゴット保持部の回動中心軸を向心および背向方向に移動させるための第３移動手段からなると、複雑で嵩高い第１・第２レーザ光照射部を移動させる必要がないので、掃引がきわめて容易になる。
【００１７】
本発明において、剥離手段は、インゴットの一部を、減圧または真空による吸着によりインゴットの他部から強制的に引き離すための吸着手段（例えば、真空チャック）が好ましく、そのほか静電チャック、ベルヌーイ法などを用いることができる。
【００１８】
図１は、本発明に係る基板の製造方法を実施するための製造装置の実施の形態を示す概略構成説明図、図２は、第１レーザ光照射部をより具体的に示す構成説明図、図３は、第２レーザ光照射部をより具体的に示す構成説明図、図４は、剥離手段をより具体的に示す構成説明図である。
尚、以下の説明では、円柱形のインゴット１内部に形成する加工面と平行な面を水平面（ＸＹ平面）、垂直な方向を垂直方向（Ｚ方向）と言う。
【００１９】
図１において、基板の製造装置としてのインゴット切断装置３は、第１レーザ光照射部１０を備え、この第１レーザ光照射部が、切り欠き用レーザ装置１０ａと、切り欠き用レーザ装置１０ａから発振するレーザ光１１を集光する切り欠き用集光レンズ１２とからなる。なお、切り欠き用レーザ装置１０ａと切り欠き用集光レンズ１２はインゴット切断装置３に上下方向（Ｚ方向）に移動可能に設けられている。
【００２０】
さらに、インゴット切断装置３は、第２レーザ光照射部４を備え、この第２レーザ光照射部が、ＸＹＺ方向に対して移動可能なレーザ装置４ａと、レーザ装置４ａから発振するレーザ光５を集光し、レーザ装置４ａと同様に移動可能な集光レンズ６とからなる。
ここで、インゴット１は、円柱状で、回転（回動）可能な回転ステージ７（インゴット保持部）の上に搭載されている。なお、この回転ステージ７にはモータ１３が直結されている。
【００２１】
さらに、インゴット切断装置３は、回転ステージ７、第１レーザ光照射部１０（切り欠き用レーザ装置１０ａと切り欠き用集光レンズ１２を含む）および第２レーザ光照射部４（レーザ装置４ａと集光レンズ６を含む）を相対的に移動させ、インゴット１に対して各レーザ光を掃引させるための掃引手段（図１では図示省略）を備えている。なお、８は、後述する剥離手段である。
図２において、第１レーザ光照射部１０は、切り欠き用レーザ装置１０ａと、切り欠き用集光レンズ１２と、これらの切り欠き用レーザ装置１０ａと切り欠き用集光レンズ１２とを収納する筒体１０ｂとから主としてなり、第１レーザ光照射部１０を掃引する掃引手段が、その筒体１０ｂを上下方向（Ｚ方向）に移動させるステージ１４およびリニアモータ（図示省略）を備えている。
図３において、第２レーザ光照射部４は、レーザ装置４ａと、集光レンズ６と、これらのレーザ装置４ａと集光レンズ６とを収納する筒体６ｂとから主としてなる。そして、第２レーザ光照射部４を掃引する掃引手段が、その筒体６ｂを上下方向（Ｚ方向）に昇降させるベースステージ１５およびリニアモータ（図示省略）と、筒体６ａと共にベースステージ１５を、回転ステージ７の中心軸に対して水平（ＸＹ方向）に移動させるＸ軸ステージ１６、Ｙ軸ステージ１７およびそれぞれのリニアモータ（図示省略）とを備えている。
【００２２】
さて、集光されたレーザ光１１は、インゴット１の水平面から（側方から）所定の距離に照射される。そして、インゴット１の回転により、集光されたレーザ光１１は、インゴット１の表面（側面）を胴巻き状（円周状）に照射していく。ここで、レーザ光１１は、インゴット１を予期しない方向に割断させないよう、シリコンに所定の深さ（例えば、１〜１００μｍ）の切り欠き９を入れる程度のパワーにしておく。なお、インゴット１のレーザ装置４からの入射面である表面（側面）は、平坦である。
【００２３】
次いで、レーザ光５は、切り欠き９を胴巻き状にいれたインゴット１の長手方向から（レーザ入射面である表面の上部から）切り欠きの位置に集光されて照射される。インゴット１の回転と、インゴット１のＸＹ方向への移動により、レーザ装置４からの集光されたレーザ光５は、表面の上部から見てインゴット１の内部を切り欠きから円の中心に向かって円状に照射していく。
【００２４】
レーザ光５をインゴット１の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上で、かつパルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。これによりインゴット１の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱によりインゴット１の内部に加工面領域（加工領域）が形成される。
【００２５】
この多光子吸収による加工面領域（加工領域）の形成により、シリコン結合を切断しやすくなり、あらかじめ切り欠きをいれておくことにより、剥離のための方向制御ができ、好適に剥離が行なわれ、容易に円形の基板２を得ることが可能となる。
【００２６】
剥離を行なう際には、剥離ウエハを保持する手段、例えば、真空チャック、静電チャック、ベルヌーイ法等を用いて、剥離ウエハを破損しないようにハンドリングする必要がある。また、接着剤により保持ベースを接着したり、感圧接着テープ等を貼り付けたりして剥離ウエハをハンドリングする方法もある。なお、大面積の基板を破損することなくハンドリングするためには、全面にわたり均一の保持力で保持する必要がある。
上記実施の形態では、インゴット切断装置３は、具体的に剥離手段として真空チャックを利用する。すなわち、図４において、剥離手段８は、保持面全面に微小な吸着孔が均一かつ高密度に形成されている吸着部８ａと、この吸着部を支持するアーム８ｂと、真空状態をこのアーム８ｂを介して吸着部８ａに伝える管路８ｃとからなる。
かくして、インゴット１に形成された多光子吸収による加工面領域（加工領域）によりシリコン結合を切断しやすくなり、かつあらかじめ切り欠きをいれておくことにより、剥離のための方向制御ができ、好適に剥離が行なわれ、容易に円形の基板２を得ることが可能となるわけである。
【００２７】
新たな基板を得たい場合は，レーザ装置１０をＺ方向に所定幅だけ下げ、下方に下がった場所にレーザ光１１を照射し、切り欠きをいれる。そして、レーザ装置４を下げて、切り欠きの場所にレーザ光５を照射し、次いで、その照射をインゴット１の中心軸に近づけることによって新たに多光子吸収による加工面領域（加工領域）を形成し、新たな円形の基板２を剥離によって分離する。
上記例では、レーザ装置１０をＺ方向に所定幅だけ下げ、レーザ装置４も切り欠き位置にあわせて下げたが、レーザ装置１０およびレーザ装置４をＺ方向に所定幅だけ下げずに、回転ステージ（回転台）をＺ方向に所定幅だけ上げてもよい。また、レーザ装置１０およびレーザ装置４をＺ方向に下げた距離と、回転ステージをＺ方向に上げた距離を加えて所定幅の距離を保ってもよい。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、レーザ装置１０から発振したレーザ１１を集光して切り欠きを入れた後、レーザ装置４から発振したレーザ光５を集光してインゴット１の切り欠き部に照射し、剥離によってインゴット１から基板２を分離している。これにより、剥離時にインゴット１から切り屑が生じることが殆んどなく、インゴットの材料が無駄にならない。
【実施例】
【００２９】
図1の装置で、直径１５０ｍｍの円柱のシリコンインゴットを用意した。
そして、図１のように回転ステージ７にのせたインゴット１の側面に、レーザ装置１０ａから発振するレーザ光１１を集光レンズ１２で集光して、回転ステージ７を回転させることにより、深さ２０μmの切り欠き９をインゴットの水平面である表面から５０μｍの高さのところにいれた。レーザにはＮｄ：ＹＡＧ高調波レーザを用いた。レーザ光１１は、インゴット１を予期しない方向に一気に割断させないよう、シリコンに切り欠きを入れる程度のパワーにした。
【００３０】
図１の装置で、シリコンインゴットの上方にレーザ装置４ａを移動し、インゴットの水平面である表面から５０μｍの高さに作った切り欠きに焦点を合わせ、インゴットを回転させ、集光点におけるスポット径が２０μｍで、かつ波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧ基本波のレーザ光をインゴットの切り欠きから中心に動かしながら照射した。
【００３１】
インゴット１の内部に加工面領域（加工領域）が形成されたため、シリコン結合を切断しやすくなり、好適に剥離が行なわれ、先端に吸着機構を有するアーム８によって容易に円形の基板２を得ることができた。
上記実施例では、一定厚さの基板を得たが，所望の基板厚さなら斜めでも良い。
また、上記の実施の形態および実施例の説明では、インゴットとしてシリコンインゴットを用いたが，本発明はシリコンに限定されず、その他の結晶インゴット、例えばＧａＡｓのインゴットにも適用することができる。
【００３２】
なお、インゴットの側面に切り欠きをいれる方法はレーザ装置だけではなく、ダイシング装置の使用でもよい。また、回転ステージ（回転台）を回転させてインゴットの側面に切り欠きを円周状にいれたが、全周でなくても一部でもよい。
また、上記の実施の形態および実施例の説明では，インゴットを回転ステージに乗せて回転させたが、ＸＹ方向にも移動できるステージにインゴットを乗せて、切り欠きに水平面からレーザ光の集光点を合わせつつ、ステージを回転させて、レーザ光とインゴットを相対的に掃引し、加工領域を形成し、この加工領域を剥離面にして基板を剥離してもよい。
【００３３】
ここで掃引手段としては、例えば、基台上でステージをＸＹ方向に移動させる一対のリニアモータか、一対のラック・ピニオン機構と、このＸＹステージ上で回転ステージを回転させ、かつ上下方向に昇降させるサーボモータと、さらにもう一つのリニアモータか、ラック・ピニオン機構とを用いることができる。
【００３４】
また、上記の実施の形態および実施例の説明では、インゴットの形状を円柱で記述したが、インゴットが角柱（四角柱、五角柱など）でも良い。角柱の場合、切り欠きを各辺でなくても、１辺に切り欠きをいれて、ＸＹ方向に移動するステージで、切り欠きに水平面からレーザ光の集光点を合わせ、レーザ光とインゴットを相対的に掃引し、加工領域を形成し、この加工領域を剥離面にして基板を剥離してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る基板の製造方法を実施するための製造装置の実施の形態を示す概略構成説明図である。
【図２】第１レーザ光照射部をより具体的に示す構成説明図である。
【図３】第２レーザ光照射部をより具体的に示す構成説明図である。
【図４】剥離手段をより具体的に示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      インゴット
２      円形の基板
３      インゴット切断装置
４      レーザ装置（第２レーザ光照射部）
５      レーザ光
６      集光レンズ
７      回転ステージ
８      アーム
９      切り欠き
１０    切り欠き用レーザ装置（第１レーザ光照射部）
１１    切り欠き用レーザ光
１２    切り欠き用集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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